智能超声成孔质量检测仪应用研究.doc

智能超声成孔质量检测仪应用研究第4期北方交通?135?智能超声成孔质量检测仪应用研究罗金,刘春生(1.湖北楚天高速公路股份有限公司,武汉430000;2.武汉长盛-I-程检测技术开发有限公司,武汉430000)摘要:对比分析了现有成孔质量检测仪的性能特点,重点介绍了国产的JLIUDS(B)智能超声成孔质量检测仪的工作原理,成孔参数计算方法及其在大直径钻孔灌注桩成孔检测中的应用.结果表明,该设备具有更高的性价比,能有效检测成孔质量.关键词:成孔质量;成孔检测;超声波;钻孔灌注桩中图分类号:U446文献标识码:B文章编号:16736052(2010)040135031概述成孔质量检测和成桩质量检测是控制桩基质量的两大方面.成孔检测主要控制桩孔的孔径,孔斜,孔深和沉渣厚度,其质量控制不好,则可能会发生塌孔,缩径,桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等,将直接影响桩身质量,造成桩承载力下降.通过基桩成孔质量的检测,确保钻孔灌注桩的质量,使事故或质量隐患在事前得到控制,防患于未然.实践证明:处理问题孔比处理问题桩容易的多,费用也节省的多.目前市场上的成孔质量检测仪有两种,一种是机械式井径仪,另一种是超声波检测仪.超声波检测仪有日本的DM一600超声波钻孔监测仪和武汉长盛工程检测技术开发有限公司研制的JLIUDS系列超声成孔质量检测仪.DM一604可以对四个方向提供清晰的钻孔孔壁形状图像,包括深度标记,孔号标记,日期,时间均能打印在记录纸上.JLIUDS系列超声成孔质量检测仪有两种工作模式,JLIUDS(A)型为探头360.旋转扫描式,测点轨迹为螺旋形,在一个投影平面上有100多个测点,通过电子罗盘记录测点的方位.JLIUDS(B)型与DM600相似,探头垂直布置固定不动,测取四个方向的孑L壁距离.DM604,JLIUDS(A)型,JLIUDS(B)型和机械式井径仪的性能比较如表1.通过表1可以看出,超声波非接触式成孔仪的性能明显高于机械接触式仪器,DM600与JLIUDS系列成孔仪相比,前者自动化程度较高,但检测最大深度受到限制.JLIUDS(A)型与JLIUDS(B)型相比,探头螺旋式扫描行进,平面测点很密,可以按照角度任意提取剖面,获取的孔壁信息量大.但其不足之处在于稳定性有待进一步提高.表1DM604,JLIUDS(A)型,JLIUDS(B)型和机械式井径仪的性能比较表DM604JL-IUDS(A)JL-IUDS(B)机械式工作原理超声波反射适应范围各种形状成孔和成槽,如支盘桩,Dx桩,扩底桩探头位置井孔中心检测内容孔径,孔深,垂直度及沉渣厚度一次同时测定发射频率88kI-Iz33klk90KHzgg孔径范围5004000mm30042110mm孔深范围.<100ml50m(可定制)置醐嘲机械接触式不能测垂等截面井孔紧贴孔壁孔径用孔径仪,垂直度用斜仪,沉渣用沉渣仅600-2800m,不届范围须配不同长度延长臂l25m四组探头垂直布置平酬磁个四.四个:个颛溺封点距提升方式记录和输出方式检测效率可靠性性价比5m自动传动带线性记录,热敏纸高较高较高50mm,可设>50tm.可设手动手动自动自动保存到cF卡,大屏幕液晶记录仪,外凄笔记本电脑显显示示较高较高低较高高低较高高低2超声成孔检测原理2.1超声发射接收超声成孔检测仪根据超声反射原理检测探头至孔壁的距离.十字形成孑L仪探头分为四组,一个发射探头与一个接收探头组成一组.主控制器根据设定深度间隔控制发射探头发射一定频率的超声波,并同步采集接收探头接收的超声信号.超声波发出后在泥浆中传播到孔壁,部分被反射回来的超声波被接收探头接收转换成电信号,经过放大,滤波等预?l36?北方交通2Ol0处理后,被信号采集模块转换为数字信号显示存贮.图1孔径计算图2.2孔径计算如图1所示,设孔某位置深度上探头中心与四个方向孔壁的距离ll,l,l值,0为桩孔中心点,0点为探头中心点,D为该截面平均孔径,测得超声波从发射探头发射面到经孔壁返回到接收的时间分别为t,t,t,t4,探头I发射面至探头2发射面之间的距离为d,超声波在泥浆中的传播速度为c,则l1=ctl/2+dn/2,l2=ct2/2+dn/2,相应地可计算l.和I4.则该截面的井孔直径D为:.=+(1)2.3井孔垂直度计算计算方法如图2所示,图中O为探头中心点,O.为第一测点孔轴中心点,O为测点孔轴中心点.设第一个测点时声波探头中心相对于孔轴中心点的偏离坐标为x.,Y.,第n个测点时声波探头中心相对于孔轴中心点的偏离坐标为xY,那么:X.=l1.一(11.+l2.)/2Y.=13.一(13.+14o)/2X=l1一(11+l2)/2Y=l3一(13+14n)/2式中:ll.,l,l如第一个测点时,探头中心沿水平方向至孔壁的四个方向的测距值;l2nl,l一第n个测点时,探头中心沿水平方向至孔壁的四个方向的测距值.其某位置的第n个测点时的偏心距为E,有:l30一(130+l柏)/2一l3+(13+l4)/2f2(2)并记录l3剖面与24剖面所对应的方向;(2)连接电缆:连接好绞车至主机的电缆,接好电源;(3)设置参数:打开主机电源,执行JLIUDS(B)2009.exe;(4)设置基桩参数和采样参数,根据孔径大小初步设置采样率,采样延时和增益参数;(5)试测模式:将探头下放到刚好浸入水下,启动试测,观察信号强弱和信号反射点的位置,此时可以调整采样参数至信号达到最佳状态;(6)实测:退出试测模式,将探头提到底端处于零标高点位置,开始实测过程,匀速平稳地下放探头,观察液晶屏上显示的信号波形,可以根据信号强弱实时调整信号增益,使孔壁反射面清晰;(7)结束测试:当探头到达孔底,即停止测试,此时的深度即为钻孑L实测深度,设计深度与实测深度之间的差值即为沉渣厚度.3.2结果分析在实测剖面的灰度图上,可以对图像进行放大,数字滤波,指数处理,提取反射面和输出结果报告等,具体步骤为:第4期罗金等:智能超声成孔质量检测仪应用研究?137?(1)线性放大:如果剖面灰度图上孔壁反射面比较模糊,可以对图像进行线性放大,突出显示孔壁轮廓;(2)提取反射面:沿反射面轮廓勾画出反射面轮廓线,即手动判定反射点位置,四个检测面全部勾画完成后,即得到所有测点的孔壁距;(3)指数处理:以勾画线为分界面,将线前端的信号进行指数衰减,线后端的信号进行指数放大,突出反射面;(4)输出结果:最后输出结果包括剖面图像和各测点孔壁距,孔径和垂直度数表.4工程实例图3(a)是某特大型桥梁的大直径钻孔灌注桩的超声成孔检测图像.桩号241,桩身总长113m,永久钢管直径.1m,长40m,桩身直径中3.8m,采用JLIUDS(B)智能成孔质量检测仪进行成孔检测时,采样率设定为200kHz,采样延时为500us,信号增益设定为2O倍.结果显示该孔最小直径3.805m,最大垂直度0.412%,成孔达到设计要求.图3(b)为某公路桥钻孔灌注桩的超声成孔检测图像,桩号91,设计桩长43m,设计桩径1.8m,实测桩长44.09m.采用JLIUDS(B)智能成孔质量检测仪进行成孔检测时,采样率设定为500kHz,采样延时为0us,信号增益设定为8倍.结果显示,在10.717m深度范围扩径,30m深度开始钻孔往l,4号探头方向倾斜.钻孔最小孔径1.736m,最大孔径2.206m,孔底有沉渣,钻孔超挖现象严重,属于未达到设计要求的成孔.5结束语钻孑L灌注桩成孔检测属于地下隐蔽工程质量检测问题,超声波法是目前最为先进的成孔质量检测方法之一,可以一次性获得包括孔径,孔深,孑L垂直度,孔底沉渣厚度及孑L壁状况等影响钻孔质量的几乎所有参数,检测效率高.DM604及其前代产品作为最早的超声成孔检测设备在国内应用比较多,但其昂贵的价格及100m以内的检测深度限制了其应用范围.国产的JLIUDS(B)智能超声成孔检测仪的性价比较高,如果能进一步改进其提升方式,提高检测效率,则完全可以取代DM604,在我国大直径,长深度,高承载的基桩成孑L检测方面发挥重要作用.超声波传播特性决定了传播介质对信号能量具有决定性的影响,泥浆比重,含砂量及气泡等因素直接影响检测结果,因此加强对既能满足超声检测要竣巍璜稳瀚擞(a)24一I璃强齄辩榆褥撇辫氍t.氆髓.瓣t搬诲.;每.褊基最I博|擀辄馘蜘蛐.#嗽蛐蛐|;触曲冁H蜥i麟蝴_I:.l|_毽峨.辩*誊髓聱蚺呻l*.艋謇奄摊糖精鸯瓣舔凰避壤堍婚(b)91图3现场实测剖面图求,又能保证钻孑L稳定性的泥浆的研究对保障成孔质量同样具有重要意义,特别是对大孔径灌注桩更是如此.参考文献1顾良军,余钢,朱建海.超声波钻孔监测仪在钻孔灌注桩成孔检测中的应用J,公路交通科技应用技术版,2008,(12):117119?l38?北方交通20lO双曲拱桥的病害检测及加固措施王柏(东北岩土工程勘察总公司,鞍山114002)摘要:结合某双曲拱桥外观检查结果对其病害产生原因进行分析总结,提出加固措施.关键词:双曲拱桥;检测;病害分析;加固中图分类号:U445.72文献标识码:B文章编号:16736052(2010)04-0138一o41工程概况某双曲拱桥,主跨结构2X50m空腹式混凝土双曲拱桥,修建于7O年代,设计荷载为汽一l3级,拖一6o.该桥净跨Lo=50m,拱矢高Fo=5.6m,Fo/Lo:1/9,拱轴系数为4,为悬链线结构形式.桥面宽为6.5+20.45m,主拱圈厚度为0.93m,主拱圈全宽为7.00m.拱上建筑由石砌横墙和石砌腹拱圈组成,腹拱圈为圆弧拱,跨径为2.5m,净矢跨比为1/3,拱圈厚度为0.30m,横墙厚度为0.5m.图1大桥总体布置图2桥梁病害2.1桥面系桥面部分栏杆构件出现松动,栏杆柱接头露筋,混凝土剥落现象.2.2主拱圈2.2.1第1跨(1)距1#墩4m处7#肋腹板出现掉块,钢筋锈蚀,面积:O.15mXlm;(2)第7;I横系梁(5#一6#肋间),出现1条竖向通长裂缝,缝宽0.12ram;(3)第7#拱肋下游侧腹板,拱顶lm范围内出现3条径向微裂缝,缝宽0.1mill,缝长10cm;(4)第1#拱肋上游侧腹板,拱顶lm范围内出现1条径向微裂缝,缝宽0.1mm,缝长10cm;(5)18#横系梁(5#一6#肋间)出现竖向通长裂缝,缝宽0.16ram;(6)21#横系梁(6#一7蝴问)出现2处掉块,面积分别为0.1m0.06m和0.05mX0.05m;(7)20#,22#横系梁(6群7撑肋间)出现l处掉块,面积0.1mx0.05m;(8)23#t系梁(5#6锄间)出现2处掉块,钢筋锈蚀,面积均为0.15m0.05m.2.2.2第2跨(1)第2跨靠2#台拱脚拱背距上游侧4.1m处出现1条纵向裂缝,缝宽0.1mm,缝长1.20m;(2)2#台第3#横系梁(5#6#肋间)掉块露筋,【2韩亮.非等截面桩超声波法成孔质量检测【J.物探与化探,【3罗骐先.桩基工程检测手册【M.北京:人民交通出版社,20032005,29(4):185187.StudyontheApplicationofIntelligentUltrasonicDrillholeScannerAbstractTheperformancecharacteristicsofexistingultrasonicdrillholescannersarecomparedandanalyzed.Theoperatingtheories,calculationmethodsforporecreatingparameterofhomemadeJLIUDS(B)Intelli